專利名稱：基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力控制技術(shù)，特別涉及一種基于變電站共用母線不同 負(fù)荷電能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于變電站共用母線上通常帶有很多種負(fù)荷，有離變電站近的負(fù)荷，也 有遠(yuǎn)的負(fù)荷，既有工業(yè)負(fù)荷，也有商業(yè)負(fù)荷。因此變電站的無功及諧波含量 經(jīng)常發(fā)生變化，需要對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，不然調(diào)節(jié)不好會(huì)造成變電站崩潰。目前 通常做法有兩種。 一種是集中控制，即在變電站端加無功補(bǔ)償及濾波裝置， 而負(fù)載端不進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法的缺點(diǎn)是變電站端補(bǔ)償裝置容量大，體積也 大，而且一旦裝置出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將有可能癱瘓。此外，由于是集中控制， 雖然變電站端總的無功和諧波得到補(bǔ)償和濾除，但各個(gè)負(fù)荷所在地的電能質(zhì) 量不一定高，因?yàn)橛锌赡苁沁@個(gè)負(fù)荷無功功率高，那個(gè)負(fù)荷無功功率低，兩 者之間相互抵消，致使總的無功達(dá)到平衡。另一種是分散控制，即在各個(gè)負(fù) 荷端實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償及諧波消除，而變電站端不進(jìn)行控制。這種控制的缺點(diǎn)是 各個(gè)負(fù)荷各自為陣，對其無功和諧波進(jìn)行補(bǔ)償和消除，各個(gè)負(fù)荷之間沒有統(tǒng) 一管理及協(xié)調(diào)控制，這樣將會(huì)造成一個(gè)負(fù)荷的無功和諧波會(huì)被另一個(gè)負(fù)荷的 補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償，即相互之間存在耦合，最終使得變電站總的無功補(bǔ)償和 諧波補(bǔ)償不能達(dá)到滿意效果。此外，目前分散控制還存在的一個(gè)缺點(diǎn)就是補(bǔ)
償裝置要么只采用電容組補(bǔ)償無功，要么是采用LC器件構(gòu)成無源濾波裝置 只消除諧波，而綜合采用可投切的補(bǔ)償電容器組、LC組合和有源濾波器的電路拓?fù)鋪硗瑫r(shí)補(bǔ)償無功及濾除諧波的裝置還沒有，因此并不能真正提高本地 負(fù)荷的電能質(zhì)量。
目前關(guān)于無功補(bǔ)償及諧波補(bǔ)償?shù)膶＠笾掠幸韵聨最?br> (1) 無功功率補(bǔ)償型這種類型只對負(fù)荷無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而對諧波不
進(jìn)行濾除，如專利200710022178所公開的大容量動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)；
(2) 諧波濾除型專利號(hào)CN200420076979.2公開了一種大容量并聯(lián)型有 源濾波器，但其只是濾除負(fù)荷諧波，而對負(fù)荷無功并不進(jìn)行補(bǔ)償；
(3) 無功補(bǔ)償及諧波濾除綜合型這種裝置不僅補(bǔ)償無功，也濾除諧波， 如專利200610042823和200710192663。但這些專利僅是簡單的把無功補(bǔ)償 器件與諧波濾除裝置簡單的結(jié)合起來，并沒有采用可投切的補(bǔ)償電容器組、 LC組合和有源濾波器的綜合電路拓?fù)洌?br> (4) 控制策略型這類專利只是對無功補(bǔ)償或諧波濾除裝置的算法或控制
方法進(jìn)行了闡述和分析，如專利200610166003公布的混合型有源濾波器的 電流跟蹤控制方法，專利200610166004公布的混合型有源濾波器的分頻控 制方法，專利200710064300公布的并網(wǎng)發(fā)電和電網(wǎng)電力有源濾波的統(tǒng)一控 制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有變電站共用母線上不同負(fù)荷分別控制導(dǎo)致電能質(zhì)量低 的問題，提出了一種基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，統(tǒng)一管理 電能。采用主從控制方式及分布式結(jié)構(gòu)，變電站與各負(fù)荷之間釆用無線網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以實(shí)現(xiàn)變電站各負(fù)荷的統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制，使得各負(fù)荷 之間相互解耦，互不干擾。同時(shí)，各負(fù)荷又可以根據(jù)自己本身特點(diǎn)采用可投切的補(bǔ)償電容器組、LC組合和有源濾波器的綜合電路拓?fù)?，靈活的實(shí)現(xiàn)本地 無功補(bǔ)償及諧波濾除，真正提高電能質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系 統(tǒng)，包括變電站、數(shù)個(gè)負(fù)荷、無線網(wǎng)絡(luò)。變電站、數(shù)個(gè)負(fù)荷之間形成主從關(guān) 系，數(shù)個(gè)負(fù)荷是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動(dòng)， 數(shù)個(gè)負(fù)荷通過無線網(wǎng)絡(luò)接收變電站無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的指令，負(fù)荷根據(jù)本地特 點(diǎn)，按照優(yōu)化與協(xié)調(diào)算法，進(jìn)行電能優(yōu)化及監(jiān)控，最后把相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線 網(wǎng)絡(luò)傳送回變電站，由變電站進(jìn)行集中優(yōu)化與控制。
所述負(fù)荷帶有綜合電能調(diào)節(jié)器。綜合電能調(diào)節(jié)器包括有源濾波器、動(dòng)態(tài) 無功補(bǔ)償器、固定諧波消除無源濾波器及DSP控制器四個(gè)部分，其中有源濾 波器、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器、固定諧波消除無源濾波器并聯(lián)連接于共用母線上，
構(gòu)成本地主電路，DSP控制器則作為控制電路，對本地主電路進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制。
所述有源濾波器由六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相六橋臂電路，且每 個(gè)IGBT器件都反并聯(lián)一個(gè)二極管，三相六橋臂交流端通過三個(gè)電感連接到 共用母線上，而三相六橋臂直流端連接到儲(chǔ)能電容上。
所述動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器由四路電容器補(bǔ)償通路并聯(lián)構(gòu)成，每路電容器補(bǔ)償 通路由雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點(diǎn)開關(guān)與電力電容器串聯(lián)組成，其投切順序按 照先投后切原則，每路電容器容量按照2的倍數(shù)次遞增。
所述固定諧波消除無源濾波器由三路無源濾波器并聯(lián)構(gòu)成，每路無源濾 波器由設(shè)計(jì)計(jì)算的電感和電容器串聯(lián)構(gòu)成，用于濾除諧波和無功補(bǔ)償。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的電能統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高其可靠性，還可 使不同負(fù)荷按照自己的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的無功補(bǔ)償及諧波濾除，實(shí)現(xiàn)了 "面" 與"點(diǎn)"的統(tǒng)一管理與調(diào)節(jié)，真正提高電能的質(zhì)量和提供系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)中負(fù)荷自帶的綜合 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器示意圖3是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)中變電站與各負(fù)荷 之間無功功率補(bǔ)償關(guān)系示意圖4是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)中本地負(fù)荷動(dòng)態(tài)無 功功率補(bǔ)償關(guān)系示意圖5是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)中變電站與各負(fù)荷 之間諧波補(bǔ)償關(guān)系示意圖6是本發(fā)明基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)中變電站與本地負(fù)
荷諧波濾除關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)的工作原理圖如圖1、 2所 示。其中圖1是變電站與各負(fù)荷的分布式結(jié)構(gòu)，主要是實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷的電能 優(yōu)化與統(tǒng)一管理；由變電站l及n個(gè)負(fù)荷3構(gòu)成，它們之間形成主從關(guān)系， 這n個(gè)負(fù)荷3是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動(dòng)， 負(fù)荷通過無線網(wǎng)絡(luò)接收變電站無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的指令，然后根據(jù)本地特點(diǎn)，按照優(yōu)化與協(xié)調(diào)算法，進(jìn)行電能優(yōu)化及監(jiān)控，最后把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送回變電站， 由變電站進(jìn)行集中優(yōu)化與控制。
圖2是采用可投切的補(bǔ)償電容器組、LC組合和有源濾波器的綜合電能調(diào)
節(jié)器，其主要功能是根據(jù)本地自身特點(diǎn)和要求，靈活控制相應(yīng)的器件組合實(shí)
現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波濾除；變電站與各負(fù)荷之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交 換，既實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分負(fù)荷的電能優(yōu)化及監(jiān)控，又使得變電站共用母線不同負(fù) 荷的協(xié)調(diào)控制，增強(qiáng)了變電站供電的穩(wěn)定性；綜合電能調(diào)節(jié)器由有源濾波器 5、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器6、固定諧波消除無源濾波器7及DSP控制器8四個(gè)部分 構(gòu)成，各個(gè)部分與負(fù)荷并聯(lián)連接，其中有源濾波器5又由六個(gè)電力電子器件 IGBT (分別是Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)構(gòu)成三相六橋臂電路，且每個(gè) IGBT器件都反并聯(lián)一個(gè)二極管，它們分別是Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6。三 相六橋臂交流端通過三個(gè)電感La、 Lb、 Lc連接到共用母線上，其主要功能 是濾除本地負(fù)荷的高次諧波及改善輸出波形。而三相六橋臂直流端連接到儲(chǔ) 能電容C;動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器6由四路電容器補(bǔ)償通路并聯(lián)構(gòu)成，分別是 K1，C1、 K2，C2、 K3，C3、 K4， C4， Kl， K2， K3, K4是由雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點(diǎn) 開關(guān)，其投切順序按照先投后切原則，C1,C2，C3,C4是電力電容器，每路電 容器容量按照2的倍數(shù)次遞增，其功能是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償本地的無功功率；固定諧 波消除無源濾波器7由三路無源濾波器構(gòu)成，分別是L5，C5、 L7，C7、 L11，C11，用于濾除本地固定的5次、7次、11次諧波，同時(shí)還兼有無功補(bǔ)償 的功能。DSP控制器8主要由信號(hào)檢測、諧波及無功檢測、P麗脈沖發(fā)生 器、保護(hù)電路以及相應(yīng)的鍵盤、顯示等外圍電路，其功能是通過無線網(wǎng)絡(luò)接 收變電站的指令，然后根據(jù)本地特點(diǎn)，按照優(yōu)化與協(xié)調(diào)算法，控制動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器的投切和有源濾波器的補(bǔ)償量大小，最后把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送回變電站， 由變電站進(jìn)行集中優(yōu)化與控制。
基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)變電站與 不同負(fù)荷之間的雙向數(shù)據(jù)交互，既實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分負(fù)荷的電能優(yōu)化及監(jiān)控，又
使得變電站共用母線不同負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制，增強(qiáng)了變電站供電的穩(wěn)定性；采 用可投切的補(bǔ)償電容器組、LC組合及無源和有源的綜合協(xié)調(diào)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 從而可實(shí)現(xiàn)本地?zé)o功補(bǔ)償和諧波濾除，真正提高電能質(zhì)量。
實(shí)例假設(shè)變電站需要提供無功功率總量為e，且e:Q+込+a，如果直
接在變電站端實(shí)行集中補(bǔ)償，則容量比較大，可靠性也比較差，因此實(shí)行分
布式補(bǔ)償，負(fù)荷1補(bǔ)償Q，負(fù)荷2補(bǔ)償込，負(fù)荷3補(bǔ)償込，同樣可以向變電
站補(bǔ)償無功功率總量為e。如果負(fù)荷3補(bǔ)償裝置出現(xiàn)故障，則變電站可以告
知負(fù)荷4補(bǔ)償無功功率込，保持總的無功功率為^，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 其補(bǔ)償示意圖如圖3所示。假設(shè)Q為3個(gè)單位量的無功，則DSP控制器可以 控制動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器的無觸點(diǎn)開關(guān)K1， K2閉合，使C1，C2 (C2=2C1)連接到 共用母線上，提供3個(gè)單位量的無功，而無觸點(diǎn)開關(guān)K3， K4斷開，不提供無 功功率補(bǔ)償，其補(bǔ)償示意圖如圖4所示。
同樣可知變電站的諧波為^=^ + ^ + ^，則負(fù)荷1消除諧波電流^， 負(fù)荷2消除諧波電流《2，負(fù)荷3消除諧波電流《3，如圖5所示。又假設(shè) ^ = zW5 + zW7 + zwll + ^，貝U DSP控制器分配低次諧波電流&5、 zW7、 z'wu由固 定諧波消除裝置進(jìn)行濾除，而其它高次諧波^及剩余諧波由有源濾波器進(jìn)行 濾除，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以使性價(jià)比提高，其波形質(zhì)量也得到改善， 其補(bǔ)償示意圖如圖6所示。
權(quán)利要求
1、一種基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，包括變電站、數(shù)個(gè)負(fù)荷，其特征在于還包括無線網(wǎng)絡(luò)，變電站、數(shù)個(gè)負(fù)荷之間形成主從關(guān)系，數(shù)個(gè)負(fù)荷是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動(dòng)，數(shù)個(gè)負(fù)荷通過無線網(wǎng)絡(luò)接收變電站無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的指令，負(fù)荷根據(jù)本地特點(diǎn)，按照優(yōu)化與協(xié)調(diào)算法，進(jìn)行電能優(yōu)化及監(jiān)控，最后把相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送回變電站，由變電站進(jìn)行集中優(yōu)化與控制。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷帶有綜合電能調(diào)節(jié)器。
3 、根據(jù)權(quán)利要求2所述基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合電能調(diào)節(jié)器包括有源濾波器、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器、固定諧波消除無源濾波器及DSP控制器四個(gè)部分，其中有源濾波器、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器、固定諧波消除無源濾波器并聯(lián)連接于共用母線上，構(gòu)成本地主電路，DSP控制器則作為控制電路，對本地主電路進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制。
4 、根據(jù)權(quán)利要求3所述基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述有源濾波器由六個(gè)電力電子器件IGBT構(gòu)成三相六橋臂電路，且每個(gè)IGBT器件都反并聯(lián)一個(gè)二極管，三相六橋臂交流端通過三個(gè)電感連接到共用母線上，而三相六橋臂直流端連接到儲(chǔ)能電容上。
5 、根據(jù)權(quán)利要求3所述基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器由四路電容器補(bǔ)償通路并聯(lián)構(gòu)成，每路電容器補(bǔ)償通路由雙向晶閘管構(gòu)成的無觸點(diǎn)開關(guān)與電力電容器串聯(lián)組成，其投切順序按照先投后切原則，每路電容器容量按照2的倍數(shù)次遞增。
6、根據(jù)權(quán)利要求3所述基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述固定諧波消除無源濾波器由三路無源濾波器并聯(lián)構(gòu)成，每路無源濾波器由設(shè)計(jì)計(jì)算的電感和電容器串聯(lián)構(gòu)成，用于濾除諧波和無功補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于變電站共用母線不同負(fù)荷電能控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是變電站與共用母線上不同負(fù)荷構(gòu)成主從關(guān)系，由變電站進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化控制，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)的控制命令傳送到相對應(yīng)的負(fù)荷，本地負(fù)荷根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)接收器接收到信號(hào)，控制本地的電能調(diào)節(jié)器進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波濾除，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的電能統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高其可靠性，還可使不同負(fù)荷按照自己的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的無功補(bǔ)償及諧波濾除，實(shí)現(xiàn)了“面”與“點(diǎn)”的統(tǒng)一管理與調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101552469SQ200810207320
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者忠 唐, 曹以龍, 江友華 申請人:上海電力學(xué)院